ИССЛЕДОВАНИЕ АДГЕЗИОННЫХ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЛЯ 3D-ПЕЧАТИ

Научная статья
DOI:
https://doi.org/10.60797/ENGIN.2024.3.3
Выпуск: № 2 (3), 2024
Предложена:
27.02.2024
Принята:
22.04.2024
Опубликована:
29.05.2024
363
5
XML
PDF

Аннотация

Подробно рассмотрены различные виды поверхностей для 3D-печати (3D столы) – стол с покрытием Ultrabase, полипропиленовая пластина, стол из пружинной стали с покрытием PEI, столы из ситаллового и боросиликатного стекала, перфорированные стеклянные. Проведено исследование по выявлению лучших адгезионных свойств деталей из материалов Nylon, PETG и PP к поверхностям стеклянного 3D стола, а также гладких и текстурированных столов из пружинной стали с покрытием PEI. Исследование проводилось для столов как с использованием специального адгезива, улучшающего сцепление поверхности 3D стола и образца, так и без него. С помощью микроскопа проведена фотофиксация поверхностей образцов, напечатанных на различных столах.

1. Введение

На сегодняшний день аддитивные технологии или технологии послойного наращивания объектов – одни из самых быстро развивающихся областей в промышленности

,
. Данные технологии позволяют создавать сложные трехмерные объекты, которые невозможно или очень трудно произвести с использованием традиционных технологий субтрактивного производства
,
. 3D-принтеры являются наиболее распространённым видом машин, используемых для аддитивного производства, а также уже используются во многих сферах промышленности.

2. Основная часть

Наиболее распространенной является конструкция 3D-принтера с наличием 3D стола. 3D стол является немаловажным узлом всего 3D-принтера в обеспечении успешной печати и получении качественных деталей. Именно поэтому выбор подходящей поверхности для 3D-печати является ответственной задачей. На сегодняшний день на рынке аддитивных установок представлены 3D столы с различными показателями адгезии к различным материалам для печати, способам снятия готовой детали, текстуры и стоимости. Наиболее популярными являются: стол с покрытием Ultrabase (ультрабаза), полипропиленовая пластина, стол из пружинной стали с покрытием PEI, стеклянные столы и т.д. Рассмотрим поподробнее каждый из них.

Стол с покрытием Ultrabase (рисунок 1) представляет собой стекло, на которое сверху нанесено микроструктурное пористое покрытие (рисунок 2), обеспечивающее высокую степень сцепления между деталью и 3D столом. При нагревании 3D стола поры покрытия Ultrabase расширяются, а после остывания 3D стола поры покрытия Ultrabase сужаются, вытесняя напечатанную деталь. Таким образом, особенность покрытия Ultrabase заключается в том, что оно обеспечивает прилипание печатаемых деталей к столу, без дополнительного использования адгезивов и в то же время после остывания стола детали от него отклеиваются самостоятельно и снимаются без усилия. Однако, по мнению пользователей, со временем покрытие Ultrabase изнашивается, теряя свои свойства, и для достижения хорошей адгезии детали с поверхностью необходимо прибегать к специальным адгезивам
,
.
Стол с покрытием Ultrabase

Рисунок 1 - Стол с покрытием Ultrabase

Покрытие Ultrabase под микроскопом

Рисунок 2 - Покрытие Ultrabase под микроскопом

Полипропиленовые пластины (рисунок 3) для 3D-принтеров представляет собой пластину из тонкого листа, который способен гнуться, что облегчает удаление напечатанных деталей, полипропиленовые пластины также устойчивы к температуре и могут использоваться до 120 °C. Однако существенными недостатками являются более быстрый износ, коробление и другие деформации полипропиленовой пластины относительно металлических или стеклянных поверхностей столов
.
Полипропиленовая пластина для 3D-принтера

Рисунок 3 - Полипропиленовая пластина для 3D-принтера

Покрытие PEI стола из пружинной стали (рисунок 4) является полиэфиримидом, который обладает термостойкостью, простотой в обслуживании, а также обеспечивает хорошую адгезию с декоративными пластиками
. Существует два основных типа столов из пружинной стали с покрытием PEI: клейкие и магнитные. Клейкие столы предназначены для полупостоянного приклеивания поверх существующей пластины и немного дешевле аналогичных магнитных столов. Магнитные столы легко снимаются и заменяются, что обеспечивает большую универсальность. Также столы из пружинной стали с покрытием PEI имеют два типа поверхностей: гладкую и текстурированную. Гладкие столы обладают хорошими адгезивными свойствами, что может затруднить удаление детали, если ее материал для печати слишком хорошо прилипает к гладкой поверхности, однако в случаях если материал для печати плохо прилипает к гладкой поверхности, гладкие столы из пружинной стали с покрытием PEI улучшают адгезию материала с поверхностью печати
. Более простым считается удаление детали от стола с текстурированным покрытием, так как на поверхности листа имеются небольшие шероховатости.
Столы из пружинной стали с покрытием PEI

Рисунок 4 - Столы из пружинной стали с покрытием PEI

Стеклянные столы являются наиболее популярной поверхностью для 3D-печати из-за жесткости, твердости и гладкости поверхности. Стеклянная поверхность обеспечивает равномерное распределение тепла и легкое удаление деталей, высокое качество деталей, однако для улучшения сцепления материала с поверхностью стеклянного стола порой может потребоваться адгезив
. Существуют различные виды стеклянных столов, например, ситалловое, боросиликатное, перфорированное и т.д.
Ситалловое стекло обладает такими свойствами, как прозрачность, износостойкость, химическая и термическая устойчивость. Применение ситаллового стекла дает возможность печатать разными видами пластика, обеспечивает прочное крепление печатаемой детали с поверхностью, не деформируется при печати образцов даже под воздействием высоких температур, не требует применения клея и других адгезионных материалов. Единственный недостаток – это достаточно высокая стоимость подобного материала
.
Ситалловое стекло

Рисунок 5 - Ситалловое стекло

Боросиликатное стекло обладает низким коэффициентом теплового расширения, что делает его более устойчивым к нагреванию, в сравнении с обычным стеклом. Также данный тип поверхности обеспечивает хорошую адгезию материала и стола. Боросиликатное стекло устойчиво к перепаду температур и химическому воздействию, а также данный тип стеклянной поверхности является очень прочным, так как при производстве в состав добавляется оксид бора, что исключает содержание воздушных пузырьков
.
Боросиликатное стекло

Рисунок 6 - Боросиликатное стекло

Специальное закаленное стекло с перфорированным покрытием обеспечивает крепкое сцепление детали с поверхностью. Такое покрытие позволяет легкого удалить деталь от стола после остывания.
Перфорированное стекло

Рисунок 7 - Перфорированное стекло

Для выявления лучших показателей по адгезии было проведено исследование гладких и текстурированных столов из пружинной стали с покрытием PEI различных производителей, а также стеклянных столов.
Испытания проходили следующим образом. Была разработана 3Dмодель образца (рисунок 7) в виде круга диаметром 240 мм с восемью лучами, высота образца 3 мм. После этого сформированная 3D модель была загружена в программное обеспечение подготовки печати.
Чертеж образца

Рисунок 8 - Чертеж образца

Печать производилась материалами Nylon, PETG, PP, для каждого материала согласно указаниям производителя, были заданы соответствующие настройки печати, а именно: скорость перемещения печатающей головки, температура, охлаждение детали, параметры, характеризующие расходный материал и т.д. После этого были направлены данные построения в управляющее устройство и 3D принтер подготовлен к печати. Далее подавался материал, необходимый для изготовления образца и запущен процесс печати. Каждым материалом было произведено по 5 запусков печати, при этом на каждом варианте стола производилась печать как с использованием специального адгезива (в таблице 1 «А.» – это адгезив) для печати, так и без него. В качестве адгезива для печати был использован полимерный адгезив-гель, позволяющий улучшить сцепление стола и поверхности детали. Далее проводилась оценка адгезии детали к поверхности стола (таблица 1). Цифра в таблице 1 означает оценку (от 0 до 5) адгезии поверхности стола и детали, где 0 – деталь полностью отклеилась, адгезия плохая, 5 – означает полное сцепление детали с полностью стола, адгезия хорошая. Готовый вид, напечатанных образцов представлен на рисунке 8.

Таблица 1 - Оценка адгезии

Материал печати

Стекло

Стекло +А

Столы из пружинной стали с покрытием PEI

Текстурированные

Гладкие

Стол 1

Стол 1 +А

Стол 2

Стол 2 +А

Стол 3

Стол 3 +А

Стол 4

Стол 4 +А

Стол 5

Стол 5 +А

Nylon

2

3

1

3

1

3

0

3

3

4

3

4

PETG

3

4

1

1

1

3

1

3

3

4

3

4

PP

0

1

0

0

0

0

0

0

0

1

0

1

Напечатанные образцы

Рисунок 9 - Напечатанные образцы

Так же поверхность напечатанных деталей была рассмотрена под микроскопом – рисунок 9, который демонстрирует, что наиболее ровной и гладкой поверхностью обладают образцы, напечатанные на стеклянном столе и гладком столе из пружинной стали с покрытием PEI.
Поверхность детали, напечатанной на каждом типе стола

Рисунок 10 - Поверхность детали, напечатанной на каждом типе стола

3. Заключение

На основании проведенных испытаний было выявлено, что среди рассмотренных гладких и текстурированных столов из пружинной стали с покрытием PEI различных производителей, а также стеклянных столов наиболее высокими показателями по адгезии для материалов Nylon, PETG, PP обладают гладкие столы из пружинной стали с покрытием PEI, при этом, согласно микроскопии, детали, напечатанные на данном типе столов обладают ровной и гладкой поверхностью.

Метрика статьи

Просмотров:363
Скачиваний:5
Просмотры
Всего:
Просмотров:363